维护土壤健康

导  读

土壤健康带来的好处, 不仅仅是线性正效应, 而是指数效应。 所以维护土壤健康很重要。

原文作者/Allen R. Williams博士

编译/陈能场（广东省生态环境技术研究所研究员）

来源：本文最初发表于于Graze杂志（2016年8月31日）

https://grassfedexchange.com/blog/in-defense-of-soil-health-by-allen-r-williams-ph-d

原题为“In Defense of Soil Health”

土壤健康是当今可持续农业领域的热门话题，在惯行农业（即工业化的农业）中甚至越来越流行。然而，这个术语的定义通常很松散，有时意思变得混乱。我在有关土壤健康的会议上做了大量的演讲，并在全国各地举办了关于土壤健康做法的讲习班。我们发现，即使受到了很多关注，美国各地只有不到 10% 的农民和牧民采用了健全的土壤健康原则和实践。大多数人仍然有些怀疑，很难理解在土壤中建立真正的健康所带来的好处。

我从农民和牧民那里听到的关于促进土壤健康实践的最常见的反对意见是：如果这种方法运作良好，为什么不是每个人都这样做呢？ 它会花多少钱？ 我太忙了，无法实施任何这些做法。但我得到的最大问题是，“支持所有这些利益主张的科学数据在哪里？”在今天的文章中，我将尝试通过同行评审的公布数据显示土壤健康实践和原则的结果来解决这些问题和意见。

土壤健康实践的好处

土壤健康实践和土壤的建设（the building of the soil）有许多好处。为了理解这些益处，我们首先要了解所有植物的生长与土壤中的生命高度相关。

在新墨西哥州立大学进行的研究表明，与无机氮（N）或磷（P）应用相比，真菌与细菌种群比率的土壤微生物群落结构对植物生物量生产和产量的影响更大（Johnson等人，2012）。Johnson和同事还发现，当农民在经济作物之间种植高度多样化的覆盖作物时，他们能够产生类似甚至更高的产量，即使减少了对合成肥料的依赖。他们的研究结果表明，土壤必需矿物质和微量元素随着覆盖作物多样性的增加而增加，这是因为来自活植物的碳输入刺激了微生物活动，从而增加了土壤的宏观和微量元素的可利用性，增加了土壤的团聚体，并改善了土壤持水性容量。这产生了一个正反馈回路，类似于在动物和人体中发现的内分泌系统反馈回路。有趣的是，Johnson和同事发现，随着覆盖作物多样性和生物量产量的增加，土壤中的影响是二次元的，而不仅仅是线性的。这是由于土壤微生物种群和它们所服务的植物之间不断增加的协同作用。

Christine Jones博士（WANTFA农业新前沿，2013年9月）发现，我们越接近模仿全年地面覆盖的结构和功能，我们的农场就越有生产力。她的工作表明，地面覆盖的物种越多越好。多种覆盖作物有助于恢复地下多样性和土壤生物功能。这包括增加大气N固定和结合磷（P）的溶解。这些影响提高了整个植物的生产力和产量 她的工作表明，通过种植多种覆盖作物，营养物质来源和土壤水分保持的增加会在连续几年内增加土壤养分。

同样，研究表明，草地生态系统需要全年覆盖，以防止土壤流失和促进土壤微生物功能。植物和凋落物覆盖提供了许多记录的益处，例如增强土壤微生物活性，土壤团聚体稳定性，增加土壤有机质，改善水渗透率，减少土壤水分蒸发和土壤温度缓冲。这些益处导致植物营养状况和营养物质的增加，植物生长条件的改善以及土壤有机质的增加（Thurow，1991; Rietkerk，et al。，2000; Bardgett，2005）。

管理不善的结果

研究人员发现，管理不善和过度实践会抑制土壤构建过程（soil-building processes），甚至导致土壤退化。不良的放牧管理措施会导致过多的植物叶片和茎秆损失以及过度践踏，从而产生有利于土壤流失的条件。此外，这些研究人员发现频繁使用火（局部焚烧，牧场焚烧）抑制土壤的构建，干旱条件也是如此（Thurow，1991; Wright＆Bailey，1982）。Thurow（1991）发现，由于管理不善导致裸地数量增加，土壤功能下降，侵蚀风险显着增加。

One of the biggest mistakes we make in agriculture is creating bare ground.  It has been documented that bare ground experiences a significant decrease in soil microbial activity，a loss in soil organic matter，and subsequent increase in erosion.  Simply the energy of raindrops falling from the sky and striking the soil unimpeded creates conditions conducive to rapid soil erosion.  Plant diversity and density dissipates the energy of raindrops before they contact the soil (Blackburn，1975; Blackburn，et. al.，1986).  

我们在农业方面犯下的最大错误之一是造成土地的裸露。据记载，裸露的地面经历了土壤微生物活动的显着减少（译者注，这是由于土壤微生物主要聚集的土壤表面，土壤有机质也是如此，见下图），土壤有机质的损失以及随后的侵蚀增加。简单地说，雨滴从天空坠落并且不受阻碍地撞击土壤的能量创造了有利于快速土壤侵蚀的条件。植物多样性和密度在雨滴接触土壤之前消散了雨滴的能量（Blackburn，1975; Blackburn，et al。，1986）。

土壤微生物生物量随着深度的增加快速递减（（图来自网络，为译者所加））

雨滴对土壤颗粒的冲击和打散是水土流失的要因（（图来自网络，为译者所加））

当采用不良的土壤管理方法时，无论是通过不良放牧管理还是常规耕作，土壤退化都会因土壤压实和堆积密度增加而增加，从而导致水渗透阻力增加和土壤团聚体稳定性降低（Herrick等，1999; Herrick ＆Jones，2002年）。Neary和同事（1999）和Wright＆Bailey（1982）发现，允许土壤温度升高和土壤流失的条件会对水渗透率，养分滞留和生物功能产生负面影响，并增加水分从土壤中蒸发的速度。。

澳大利亚研究人员发现，在欧洲人定居的时候，澳洲大陆炎热干燥的南半部比现在有更多的暖季草（C4）和杂类草。即使温度通常高于100华氏度，雨量也不大，这是由于土壤具有较高的持水能力，原来的地面覆盖物在整个夏季仍保持绿色。欧洲人定居后不良的放牧习惯严重破坏了草地种群，减少了草种的数量，导致植物种群减少和土壤暴露增加（Presland，1977）。

同样，在美国，不良的放牧习惯和农业过度耕作显着降低了土壤持水能力，减少了阔叶植物（杂类草）。横跨北美大平原的原始地面的阔叶植物远远多于草类，其中有许多夏季活跃的豆类和杂草。阔叶植物比单独的草有更大的养分循环和微生物多样性。科学家发现，管理不善的放牧和过量耕作显着减少了大平原地区的阔叶植物种群。在不受管理的放牧过程中，反刍动物选择了最适口和营养密集的阔叶植物，并在大部分景观中将它们磨灭（Lunt等，1998）。

从土壤健康管理实现效益

研究表明，覆盖土壤的植被数量和类型显着影响所有土壤物理参数和水文特性。随着您从裸露的土壤进入短草，再到丛生的草丛和散布着木本植物的杂草时，益处在不断增加。混合植物群体的丛生草、阔叶和木本植物生产出更多的叶和根生物量（特别是与单一栽培，短草，一年生植物和改良品种相比），导致更大的土壤有机质和微生物物种多样性和密度 （Blackburn，1975; Milne＆Haynes，2004; Pluhar等人，1987; Thurow，1991; Thurow等，1986，1987）。

Devi和Yavada（2006）发现，地上植物凋落物和植物覆盖创造了有利于增强土壤水分微环境和更一致的土壤温度的条件。这些条件有利于更大的土壤微生物活动。此外，这些条件倾向于增强稳定土壤团聚体的形成，这导致水渗透增加，提高土壤肥力（Herrick等，1999）。

所有土壤有机质（SOM）中大约60％由土壤有机碳（SOC）构成，它对土壤健康的所有化学、物理和生物功能都有积极影响（Bardgett，2005）。SOC的增加导致土壤团聚体稳定性，持水能力和阳离子交换容量（CEC）的增加。随着有机物质的增加，植物吸收营养物质和微量元素的能力增加，养分浸出减少，土壤pH得到缓冲，植物生长增强。科学家发现SOM深刻地影响植物生物量生产和健康，水质及其供应，固碳作用和整体土壤健康（Charman＆Murphy，2000; Lal，2008）。

土地管理措施显著影响土壤固碳和保留有机碳的能力。全年增加植物生长的措施能降低土壤的裸露或部分暴露，并且刺激广泛的根部生长和微生物生长，加速了碳固存（Parton等，1987）。

自适应放牧（Adaptive Grazing Practices）产生红利在直接比较轻度连续（LC），重度连续（HC）和非放牧（EX）的自适应多围场（译者注：自适应多围场Adaptive Multi-Paddock (AMP)放牧是轮牧的一种类型, 它允许牛一次在一个围场中放牧, 而其他围场则有机会快速生长和再生。它侧重于一个地区的短时间放牧, 然后进入下一个地区。）放牧中，研究人员发现，当实施AMP放牧时，土壤碳含量最高，植物生物量最大，土壤裸露率最低。与AMP和EX相比，LC和HC放牧实践具有较低的植物生物量生产和较大程度的裸土，以及较低的土壤持水能力（Teague等，2011; Allen，2007; Leake等，，2004）。这些结果与先前的研究一致，表明土壤碳的可利用性通过植物生物量生产和土壤覆盖度来调节（Conant等，2001：Jones＆Donnelly，2004）。同样，由Thurow（1991）进行的早期工作表明，在半干旱牧场上，在放牧密度较高的情况下，AMP放牧对土壤物理性质和土壤水分入渗的影响要大于在相同放养率下连续放牧的影响。

自适应多围场放牧（图来自网络，为译者所加）

Teague和Co-Workers（2010）在早期的工作中发现，AMP放牧法能生产了更多的草料生物量，与其它方式的放牧或不放牧相比，土壤暴露程度更低，土壤团聚体稳定性更高，土壤温度更低，土壤碳含量更高。

另外，AMP放牧还改善了土壤化学参数。土壤阳离子交换容量（CEC）在采用AMP放牧时与轻度连续，重度连续或非放牧相比较高，这与土壤碳增加的差异一致。随着土壤CEC增加，土壤保持养分和水分的能力增加。AMP放牧增加土壤微生物反应时，土壤pH得到缓冲。此外，AMP放牧提高了土壤中的镁和钠含量，养分循环速率也得到了提高。这些养分循环改善的一个主要因素是AMP放牧促进了更深的根部渗透，使根和相关的菌根真菌到达土壤深处的矿物储存（Teague等，2011）。

与其他放牧方法或非放牧相比，AMP放牧法产生最大的真菌：细菌比例（Teague等人，2010; Teague等人，2011）。土壤细菌和真菌在土壤表面进行大部分有机物质的分解。这为生长、健康和生长提供了重要的营养物质。研究人员发现，真菌在分解和储存营养物方面比细菌更有效（Bardgett＆McAlister，1999; De Vries，et.al.，2006）。已经证明，土壤中更高的真菌群体增加了土壤持有C的能力，创建了容易获得的营养物质库，并缓冲了低pH条件。这使得土壤真菌：细菌比率成为整体土壤健康改善和土壤碳封存的可靠测量（Beare等，1992; Yeates等，1997; Bailey等，2002）。

包括AMP放牧在内的更好的土壤管理措施在植物群落中创造了有利的物种变化。这反过来又创造了更有利的土壤微生物组成并增强了触发自然反馈机制的土壤生物群功能（Coleman＆Crossley，1996）。Bardgett（2005）发现，增强植物与土壤生物群之间的相互作用促进了生态系统的功能和生产力，并为植物群落提供了关键的结构力量。Bardgett的工作表明，植物 - 土壤生物群的相互作用增加了植物的微生物分解，使养分更容易获得，增加植物根系分泌物的产生，增加与植物根系的真菌关联，并积极改变土壤的物理结构，以增加水分，营养运动。

草甘膦对土壤真菌有毒

最近发表在《环境科学与污染研究》（Environmental Science and Pollution Research）杂志上的一项研究发现，草甘膦对土壤真菌有毒，即使其施用量远远低于建议的稀释率。研究发现，在施用量比农业中通常使用的量低100倍的条件下，土壤丝状真菌----尼杜兰曲霉菌（Aspergillus nidulans）---的死亡率为50%。关键的是，尼杜兰曲霉菌（Aspergillus nidulans）经常被用作土壤健康的标志物（Nicolas等，2016）。

更令人不安的是，发现草甘膦的商业配方似乎比单独的草甘膦毒性更大。这表明添加剂不一定是惰性的。已发表的研究发现，草甘膦会削弱土壤真菌的生长，增加细胞紊乱，并干扰细胞能量和呼吸代谢。研究结果表明，在对肉眼无明显影响的剂量下检测到土壤微生物能量代谢和呼吸功能障碍。他们推论这意味着即使是耐除草剂的转基因作物的残茬也可能造成有害影响。

由于土壤微生物对土壤健康至关重要，草甘膦是世界范围内使用最多的除草剂，许多国家和广泛地区的土壤真菌种群已受到破坏。这与试图改善土壤健康的农民非常相关。

结论

土壤健康带来的好处, 不仅仅是线性正效应, 而是指数效应。 所以维护土壤健康很重要。我经常在演讲中指出，我们在农业方面所做的任何事情都不是单独的效应。我们在管理实践中做出的每一个决定都会产生复合效应和级联效应，不管是好是坏。我们每天实施的做法将产生影响。这些影响是否有益，取决于我们自己。

推荐阅读

使用微信支付支持土壤家

“土壤家”是“土壤观察”、“环境与健康观察”兄弟号。

本公号开展土壤科学、研究成果、行业会议、企业技术案例等传播、推广。如希望加入土壤观察读者交流群、合作咨询、文章转载授权请加请加13926117407微信号（或发邮件至[e-mail]）联系了解